分子生物学 - 图文(2)

（2） 操纵区（operator）

操纵区是指能被调控蛋白特异性结合的一段DNA序列。

操纵区常与启动子邻近或与启动子序列重叠，当调控蛋白结合在操纵区序列上，会影响其下游基因转录的强弱。 操纵基因为一段含有28bp 旋转对称的回文结构 。（氨基酸与碱基之间形成特异的氢键） （3） 调控基因(regulatory gene)

调控基因是编码能与操纵序列结合的调控蛋白的基因。 调控蛋白可分为

阻遏蛋白(repressive protein)：与操纵区结合后能减弱或阻止其调控的基因转录； 激活蛋白(activating protein)：与操纵区结合后能增强或起动其调控的基因转录。

效应物（effector）某些特定的物质能与调控蛋白结合，使调控蛋白的空间构像发生变化，从而改变其对基因转录的影响； 诱导剂(inducer)

阻遏剂或辅助阻遏剂(corepressor) 转录调控机制

负调控(negative regulation)系统

调节基因的产物是阻遏蛋白，其与结构基因特异位点的结合，阻止了RNA聚合酶的起始转录。只有当阻遏物缺乏或失活，结构基因的转录才能开启。 正调控(positive regulation)系统

调节基因的产物是激活蛋白 ，当其处于活化状态时与启动子结合以及和RNA 聚合酶的相互作用帮助结构基因的转录起始 。

衰减子 沉默子 各种应答元件

小分子对基因表达的调节 可诱导操纵子

调节分解代谢，分解代谢的底物作为诱导物；只有当诱导物存在时，结构基因才能开始转录； 可阻遏操纵子

调节合成代谢 ，合成代谢的最终产物作为辅阻遏物 ；只有在辅阻遏物缺乏时，结构基因才能开始转录，当辅阻遏物达到一定量，便会关闭结构基因的转录。 原核生物基因表达调控的类型

表达调控都是通过调节基因的产物(阻遏物或激活物)与小分子诱导物或辅阻遏物之间的相互作用来实现的。 原核生物基因表达的调控可以分为四种类型：

?可诱导的负调控：诱导物与阻遏物结合，基因表达；

?可诱导的正调控：诱导物与失活的激活物结合，基因表达； ?可阻遏的负调控：辅阻遏物与失活的阻遏物结合，基因抑制； ?可阻遏的正调控：辅阻遏物与激活物结合；基因抑制；

（二）原核生物转录起始调控

——大肠杆菌乳糖操纵子（Lac Operon） 大肠杆菌的乳糖代谢状况

当细菌在含有葡萄糖和乳糖的培养基中生长时，通常优先利用葡萄糖，而不利用乳糖。只有当葡萄糖耗尽后，细菌才可能充分利用乳糖。 当葡萄糖耗尽，环境中存在乳糖时，细菌停止生长，经过短时间的适应，才能利用乳糖，细菌继续呈指数式繁殖增长。

没有乳糖时，lac操纵子处于阻遏状态。调节基因低水平、组成性表达产生阻遏蛋白R，（10分子R/cell）。R以四聚体形式与操纵子ｏ结合，阻碍RNA聚合酶与启动子P的结合，阻止了基因的转录起动。但R的阻遏作用不是绝对的，R与ｏ偶尔解离，使细胞中还有极低水平的?－半乳糖苷酶及透过酶的生成。

有乳糖存在时，乳糖受? －半乳糖苷酶的催化转变为别乳糖，与R结合，使R构象变化，R四聚体解聚成单体，失去与ｏ的亲和力，而解离， RNA聚合酶可以从启动子向3‘端移动，于是基因转录开放，使? －半乳糖苷酶在细胞内的含量可增加1000倍。即乳糖对lac操纵子起诱导作用。 3. 大肠杆菌乳糖操纵子 的正调控机制 正调控因子

CAP 或称CRP(cAMP 受体蛋白) CAP 具有两个结合域 与cAMP结合； 和启动子结合。

CAP-cAMP与启动子lac P的结合是激活转录的必要条件。

乳糖操纵子同时受到正、负两个调控系统：只有当CAP-cAMP与启动子（P）结合，阻遏蛋白从lacO分离，结构基因才开始转录。 乳糖操纵子的降解物阻遏机理

代谢物基因激活蛋白（Catabolite gene Activation Protein，CAP），又称cAMP受体蛋白（cAMP Receptor Protein，CRP）属于激活蛋白的一种，对乳糖操纵子进行正调节。 葡萄糖的浓度与细胞中cAMP浓度呈反相关关系：葡萄糖降解物能抑制腺苷酸环化酶的活性，并活化磷酸二酯酶的活性，从而降低cAMP的浓度，抑制转录。 CAP结合位点

在lac操纵子的启动子lacP上游端有一段序列与lacP部分重叠的序列，能与CAP特异结合，称为CAP结合位点（CAP binding site）。 CAP分子内分别有DNA结合区和cAMP结合区。当CAP与cAMP结合后，就可结合到CAP结合位点上，促进转录。

CAP与这段序列结合时，可增强RNA聚合酶的转录活性，使转录提高50倍。相反，当有葡萄糖可供分解利用时，cAMP浓度降低，CRP不能被活化，lac操纵子的结构基因表达下降。

阻遏蛋白负调节与CAP正调节的协调

当阻遏蛋白封闭转录时，CAP对该系统不能发挥作用；

LacP是弱启动子，在没有CAP存在时，即使没有阻遏蛋白与操纵序列结合，操纵子仍无转录活性；

只有在CAP存在且没有阻遏蛋白与操纵序列结合时，或者说只有高乳糖低葡萄糖时，操纵子发挥最大转录活性。 这种协调与细菌对碳源的优先利用相一致。 葡萄糖代谢对乳糖操纵子的作用 葡萄糖效应

当细菌在含有葡萄糖和乳糖的培养基中生长时，通常优先利用葡萄糖，而不利用乳糖。只有当葡萄糖耗尽后，细菌才能充分利用乳糖。 实质是由葡萄糖降解物引起的阻遏作用，又称降解物阻遏。

结果：细胞表现为优先利用葡萄糖，只有在葡萄糖缺乏时，才能利用乳糖。 4.Ara操纵子

结构基因

araB基因：编码核酮糖激酶 araA基因：编码L-阿拉伯糖异构酶

araD基因：编码L-核酮糖-5-磷酸-4-差向异构酶

复合启动子区：有两个启动子Pc和PBAD，可以双向转录，其中Pc启动子和araO1重叠